劉月娥 呂天放 趙久然 王榮煥 徐田軍 陳傳永 張譯天 王元東 劉秀芝

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不同玉米雜交品種吐絲持續(xù)期特性及其對(duì)播期的響應(yīng)

劉月娥**呂天放**趙久然*王榮煥*徐田軍 陳傳永 張譯天 王元東 劉秀芝

北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心 / 玉米DNA指紋及分子育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100097

吐絲期是決定玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期, 研究其相關(guān)特性, 對(duì)玉米生產(chǎn)意義重大。為準(zhǔn)確分析不同玉米品種吐絲特性的差異及其對(duì)播期的響應(yīng), 于2014年和2015年設(shè)置了3個(gè)玉米主推品種(鄭單958、先玉335和京科968)的3個(gè)播期處理(早播: 4月10日, 中播: 5月10日, 晚播: 6月10日), 分析了各個(gè)處理間吐絲持續(xù)期的差異以及吐絲持續(xù)期與雌穗穗長(zhǎng)變異及產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系。結(jié)果表明: (1)群體吐絲持續(xù)期在品種間存在顯著差異, 表現(xiàn)為先玉335 (9.12 d) >鄭單958 (8.94 d) >京科968 (7.68 d)。隨時(shí)間推進(jìn), 玉米每天吐絲的比例與天數(shù)為先升高后降低的二次函數(shù)關(guān)系, 每天最大吐絲比例為先玉335 (16.51%)＜鄭單958 (17.07%)＜京科968 (19.98%)。京科968較鄭單958和先玉335呈現(xiàn)吐絲集中, 每天吐絲比例較高、吐絲持續(xù)期短的特點(diǎn); (2)吐絲持續(xù)期在不同播期間差異顯著, 鄭單958、先玉335和京科968不同播期間的吐絲持續(xù)期變幅分別為8.10~9.55 d、7.54~10.53 d和6.65~8.66 d, 鄭單958的吐絲持續(xù)期在不同播期間最穩(wěn)定(CV=6.57%), 其次為京科968 (CV=9.40%), 先玉335的吐絲持續(xù)期在不同播期間的變化最不穩(wěn)定(CV=11.68%); (3)吐絲持續(xù)期與雌穗穗長(zhǎng)的變異系數(shù)呈顯著正相關(guān), 與產(chǎn)量和穗粒數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān), 與千粒重不相關(guān)。播期對(duì)玉米吐絲持續(xù)期具有顯著的調(diào)控作用。隨吐絲持續(xù)期增加, 玉米雌穗穗長(zhǎng)的變異系數(shù)顯著增大, 群體果穗的整齊度降低, 穗粒數(shù)顯著減少, 是玉米產(chǎn)量顯著降低的主要原因。

玉米; 品種; 吐絲持續(xù)期; 播期; 產(chǎn)量

吐絲期是決定玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期[1-3], 吐絲期遭受到高溫、干旱、弱光等逆境脅迫對(duì)玉米產(chǎn)量影響巨大[3-8]。玉米開(kāi)花吐絲的相關(guān)特性在玉米生產(chǎn)中起非常重要的作用, 因此對(duì)于開(kāi)花吐絲特性例如玉米抽雄、散粉、吐絲的時(shí)間以及雌雄穗開(kāi)花間隔等[9-17]的遺傳基礎(chǔ)前人做了很多研究?；ǚ勖撀涞臅r(shí)間、吐絲持續(xù)期和花絲的接受力更能反映玉米散粉和吐絲的同步性, 從而直接影響穗粒數(shù)和玉米產(chǎn)量[18]。玉米籽粒的形成受花絲的接受力、花粉?；盍屯陆z、散粉一致性的影響, 玉米較低的籽粒形成能力直接導(dǎo)致玉米產(chǎn)量的降低。而延遲吐絲對(duì)玉米籽粒形成的影響遠(yuǎn)大于延遲授粉, 并且吐絲和散粉的一致性在不同玉米品種間存在顯著差異[19]。Borrás等[1]研究發(fā)現(xiàn)玉米吐絲的進(jìn)程與開(kāi)花前后的氣象條件密切相關(guān), 吐絲時(shí)間的早晚取決于雌穗的干物質(zhì)積累, 與吐絲前后干物質(zhì)的生長(zhǎng)速率密切相關(guān)。李金才等[20]通過(guò)對(duì)玉米不同花位間花絲的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)及影響花絲發(fā)育的氣象因素研究發(fā)現(xiàn)日均溫度和光照對(duì)玉米的吐絲影響顯著。

綜上, 前人關(guān)于玉米吐絲期的關(guān)注和研究大多針對(duì)吐絲期逆境對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響[3,5,8], 對(duì)于吐絲特性的研究較多針對(duì)玉米至抽雄、散粉、吐絲的時(shí)間以及玉米雌雄穗開(kāi)花間隔等[9-18], 而關(guān)于玉米吐絲持續(xù)期的研究相對(duì)較少, 尤其是玉米雜交種吐絲持續(xù)期的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。不同玉米雜交種吐絲持續(xù)期的特性, 播期對(duì)不同玉米品種吐絲持續(xù)期的調(diào)控效果以及對(duì)玉米產(chǎn)量的影響研究對(duì)實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義, 并可為育種家選育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)玉米新品種提供重要參考指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心北京市昌平區(qū)試驗(yàn)基地位于東經(jīng)116.39°, 北緯40.17°, 海拔50 m, 屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 年均總降水量500~600 mm, 年均溫11.1°C。土壤pH 7.1, 含全氮0.77 g kg–1、有效磷9.71 mg kg–1、有效鉀82.3 mg kg–1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以我國(guó)玉米生產(chǎn)上三大主推品種鄭單958 (ZD958)、先玉335 (XY335)和京科968 (JK968)為試驗(yàn)材料, 設(shè)置2014年5月10日和6月10日2個(gè)播期, 2015年4月10日、5月10日和6月10日3個(gè)播期。以播種日期為主區(qū), 玉米品種為副區(qū), 種植密度60,000株 hm–2, 播深5 cm, 田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。每小區(qū)10行, 行距60 cm, 行長(zhǎng)10 m, 面積60 m2。觀測(cè)不同玉米品種的吐絲特性, 調(diào)查產(chǎn)量相關(guān)性狀等。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 吐絲持續(xù)期 自小區(qū)內(nèi)第一棵玉米吐絲起至小區(qū)內(nèi)最后一株玉米吐絲結(jié)束。

1.3.2 收獲測(cè)產(chǎn) 在小區(qū)內(nèi)任意選取3行, 連續(xù)收獲20穗測(cè)產(chǎn), 記錄穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重; 取10穗立刻脫粒, 80℃下烘干至恒重, 記錄干重, 測(cè)量籽粒含水量, 計(jì)算理論產(chǎn)量, 按標(biāo)準(zhǔn)水分14%折算。

1.3.3 吐絲持續(xù)期的計(jì)算 用每天的吐絲比例()和天數(shù)()進(jìn)行一元二次方程擬合(= a2+b+c)。設(shè)= 0, 對(duì)方程求解(1和2),2與1之差即為玉米吐絲持續(xù)的天數(shù)。

1.3.4 玉米雌穗穗長(zhǎng)的變異 測(cè)量收獲測(cè)產(chǎn)的玉米果穗長(zhǎng), 通過(guò)所有的穗長(zhǎng)求得變異系數(shù), 即為玉米雌穗穗長(zhǎng)的變異。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

用Microsoft Excel 2007軟件計(jì)算數(shù)據(jù)和作圖; 用SAS 9.1軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種的抽雄吐絲特點(diǎn)

隨著時(shí)間的推進(jìn), 玉米每天的吐絲比例()與天數(shù)()呈先升高后降低的二次函數(shù)關(guān)系, 擬合度均達(dá)顯著水平, 且不同品種間存在顯著差異(圖1和表1)。吐絲持續(xù)期表現(xiàn)為先玉335>鄭單958>京科968, 分別為9.12 d、8.94 d和7.68 d, 鄭單958和先玉335之間差異不顯著, 但均顯著高于京科968。不同玉米品種達(dá)到最大吐絲比例的時(shí)間為鄭單958>京科968>先玉335, 分別為5.17 d、4.71 d和4.70 d。每天最大吐絲比例表現(xiàn)為京科968>鄭單958>先玉335, 分別為19.98%、17.07%和16.51%。

2014年和2015年5月10日和6月10日2個(gè)播期的抽雄吐絲間隔變化不大, 3個(gè)品種(鄭單958、先玉335和京科968) 4月10日和5月10日2個(gè)播期的抽雄吐絲間隔為1~2 d; 在4月10日播期, 品種間抽雄吐絲間隔變化較大, 鄭單958和京科968的抽雄吐絲間隔時(shí)間為4 d, 先玉335的抽雄吐絲間隔為2 d (表2)。

2.2 播期對(duì)玉米吐絲影響

玉米吐絲持續(xù)期在不同播期間差異顯著。鄭單958、先玉335和京科968不同播期間(4月10日、5月10日和6月10日)的吐絲持續(xù)期變幅分別為8.10~9.55 d、7.54~10.53 d和6.65~8.66 d, 變異系數(shù)分別為6.57%、11.68%和9.40% (圖1和表1)。隨著播期的變化, 不同品種的最大吐絲比例和達(dá)到最大吐絲株數(shù)的時(shí)間均顯著變化, 在不同播期間鄭單958的最大吐絲比例和達(dá)到最大吐絲比例的時(shí)間分別為15.49%~18.54%和4.59 d~5.65 d, 變異系數(shù)分別為7.30%和8.40%; 不同播期間, 先玉335和京科968的最大吐絲比例分別為14.70%~20.42%和18.68%~22.97%, 變異系數(shù)分別為13.71%和8.72%; 達(dá)到最大吐絲比例的時(shí)間分別為3.71~5.42 d和4.28~5.16 d, 變異系數(shù)分別為13.95%和7.01%。年份對(duì)玉米品種達(dá)到最大吐絲時(shí)間和最大吐絲比例均存在顯著影響, 2014年不同播期間玉米品種達(dá)到最大吐絲比例和最大吐絲比例時(shí)間的變異顯著高于2015年, 2014年不同播期間玉米達(dá)到最大吐絲比例時(shí)間和最大吐絲比例的變異系數(shù)分別為14.06%和13.68%, 分別比2015年(6.40%和5.29%)高119.75%和158.45%。

2.3 吐絲持續(xù)期與雌穗穗長(zhǎng)的變異和產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的關(guān)系

玉米吐絲持續(xù)期與玉米雌穗穗長(zhǎng)的變異系數(shù)顯著相關(guān)(圖2)。隨著吐絲持續(xù)期的增加, 玉米雌穗穗長(zhǎng)的變異系數(shù)顯著增大, 群體果穗的整齊度降低。4月10日、5月10日和6月10日3個(gè)播期條件下均表現(xiàn)相同趨勢(shì), 吐絲持續(xù)期每增加1 d, 雌穗穗長(zhǎng)的變異系數(shù)分別增加0.32%、0.86%和0.60%。

圖1 不同玉米品種每天吐絲比例的變化

**和*表示在0.01和0.05水平顯著相關(guān)。

**and*mean significant at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

表1 不同玉米品種的吐絲持續(xù)期

同一參數(shù)中標(biāo)注不同字母的值表示不同處理間在< 0.05水平上差異顯著。

Values within a column followed by different letters are significantly different at< 0.05.

圖2 玉米吐絲持續(xù)期與雌穗穗長(zhǎng)變異的相關(guān)分析

**和*表示在0.01和0.05水平顯著相關(guān)。

**and*mean significant at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

隨著吐絲持續(xù)期的延長(zhǎng), 5月10日和6月10日2個(gè)播期的玉米產(chǎn)量顯著降低, 吐絲持續(xù)期每增加1 d, 玉米產(chǎn)量分別降低1060.5 kg hm–2和3618.2 kg hm–2。4月10日播期條件下, 隨著玉米吐絲持續(xù)期的延長(zhǎng), 玉米產(chǎn)量有所降低, 但未達(dá)到顯著水平(圖3)。

隨著吐絲持續(xù)期的延長(zhǎng), 5月10日和6月10日2個(gè)播期條件下參試玉米品種的穗粒數(shù)顯著降低, 吐絲持續(xù)期每增加1 d, 穗粒數(shù)分別降低25.36粒和94.70粒。4月10日播期條件下, 隨著玉米吐絲持續(xù)期的延長(zhǎng), 穗粒數(shù)降低, 但未達(dá)到顯著水平;4月10日、5月10日和6月10日3個(gè)播期條件下, 玉米吐絲持續(xù)期與千粒重之間相關(guān)不顯著 (圖3)。隨著吐絲持續(xù)期的延長(zhǎng), 穗粒數(shù)的顯著降低是玉米產(chǎn)量降低的主要原因。

3 討論

3.1 不同玉米雜交種的吐絲特點(diǎn)

本研究發(fā)現(xiàn), 不同玉米品種間的吐絲持續(xù)期存在顯著差異, 表現(xiàn)為先玉335>鄭單958>京科968, 鄭單958和先玉335之間吐絲持續(xù)期差異不顯著, 但都顯著高于京科968。說(shuō)明, 與鄭單958和先玉335相比, 京科968具有吐絲持續(xù)期較短的特點(diǎn)。

分析不同玉米品種的吐絲特點(diǎn)以及吐絲持續(xù)期不同的原因發(fā)現(xiàn), 隨著時(shí)間的推進(jìn), 玉米每天的吐絲比例()與天數(shù)()呈先升高后降低的二次函數(shù)關(guān)系, 鄭單958到達(dá)每天最大吐絲比例的時(shí)間最晚, 為5.17 d, 最大吐絲比例為17.07%; 先玉335到達(dá)最大吐絲比例的時(shí)間為4.70 d, 每天最大吐絲比例最小, 為16.51%; 京科968到達(dá)每天最大吐絲比例的時(shí)間為4.71 d, 最大吐絲比例最高, 為19.98%。京科968較快達(dá)到最大吐絲株數(shù)和每天較高的吐絲比例是其吐絲持續(xù)期短的主要原因。

3.2 吐絲持續(xù)期與果穗及產(chǎn)量相關(guān)性狀的關(guān)系

進(jìn)一步分析玉米吐絲持續(xù)期與雌穗穗長(zhǎng)變異的關(guān)系, 發(fā)現(xiàn)品種的吐絲持續(xù)期越長(zhǎng), 雌穗穗長(zhǎng)的變異系數(shù)越大, 群體果穗的整齊度降低。究其原因, 可能與該階段玉米雌穗的干物質(zhì)積累有關(guān)。前人研究發(fā)現(xiàn)玉米吐絲時(shí)間的早晚取決于雌穗的干物質(zhì)積累, 與吐絲前后干物質(zhì)的生長(zhǎng)速率密切相關(guān)[1]。

表2 不同玉米品種抽雄吐絲日期及抽雄吐絲間隔

圖3 玉米吐絲持續(xù)期與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)分析

**和*表示在0.01和0.05水平顯著相關(guān)。

**and*mean significant at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

吐絲持續(xù)期與產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系說(shuō)明吐絲持續(xù)期的變化對(duì)玉米產(chǎn)量產(chǎn)生了一定影響, 隨著吐絲持續(xù)期的延長(zhǎng), 5月10日和6月10日2個(gè)播期條件下的玉米產(chǎn)量及穗粒數(shù)顯著降低。4月10日播期條件下, 隨著玉米吐絲持續(xù)期的延長(zhǎng), 玉米產(chǎn)量和穗粒數(shù)也降低, 但未達(dá)到顯著水平; 而所有播期處理(4月10日、5月10日和6月10日)的吐絲持續(xù)期與千粒重不相關(guān)。說(shuō)明玉米吐絲持續(xù)期延長(zhǎng)后, 穗粒數(shù)顯著減少是玉米產(chǎn)量顯著降低的主要原因。分析原因可能是較長(zhǎng)的吐絲持續(xù)期影響花絲的接受力, 從而影響籽粒形成[19], 進(jìn)而影響穗粒數(shù)和產(chǎn)量[18]。吐絲持續(xù)期較短、雌穗集中吐絲授粉質(zhì)量較高, 是京科968產(chǎn)量較鄭單958和先玉335高的原因之一。

3.3 播期對(duì)玉米品種吐絲持續(xù)期的影響

玉米吐絲持續(xù)期的長(zhǎng)短在不同播期間差異顯著, 鄭單958、先玉335和京科968不同播期間(4月10日、5月10日和6月10日)的吐絲持續(xù)期變幅分別為8.10~9.55 d、7.54~10.53 d和6.65~8.66 d。分析原因可能與氣象因素有關(guān), 隨著播期的變化, 玉米生長(zhǎng)發(fā)育期間的氣象因素發(fā)生顯著變化, 而玉米吐絲的進(jìn)程與開(kāi)花前后的氣象條件密切相關(guān)[1], 日均溫度和光照對(duì)玉米吐絲具有顯著影響[20]。而不同玉米品種對(duì)播期的響應(yīng)也不同, 鄭單958的吐絲持續(xù)期隨著播期的變化變異系數(shù)為6.57%, 先玉335和京科968分別為11.68%和9.40%, 雖然鄭單958的吐絲持續(xù)期較長(zhǎng), 但對(duì)播期的變化不敏感; 京科968屬于吐絲持續(xù)期最短, 但對(duì)播期反應(yīng)中等的品種; 先玉335的吐絲持續(xù)期最長(zhǎng)、對(duì)播期的變化反應(yīng)最敏感; 具體影響不同玉米品種吐絲持續(xù)期的氣象因素還有待進(jìn)一步研究。

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LIU Yue-E**, LYU Tian-Fang**, ZHAO Jiu-Ran*, WANG Rong-Huan*, XU Tian-Jun, CHEN Chuan-Yong, ZHANG Yi-Tian, WANG Yuan-Dong, and LIU Xiu-Zhi

Maize Research Center, Beijing Academy of Agriculture & Forestry Sciences / Beijing Key Laboratory of Maize DNA Fingerprinting and Molecular Breeding, Beijing 100097, China

Silking is an important growth stage and has important effects on maize (L.) yield. The research of silking characteristics plays a fundamental role in maize productivity. To examine the silking characteristics difference of different maize hybrids and its responses to sowing date, we conducted an experiment with three sowing date (4/10, 5/10, 6/10) treatments using the most widely cultivated maize hybrids of Zhengdan 958 (ZD958), Xianyu 335 (XY335), and Jingke 968 (JK968). The silking duration difference between different hybrids and the relationship of silking duration with ear length variation and yield components were analyzed. The significant differences were found in silking durations with an order of XY335 (9.12 d) > ZD958 (8.94 d) > JK968 (7.68 d). The silking ratio per day was well correlated with days to silking (< 0.05), A non-linear positive relationship existed between silking ratio per day () and days to silking (). The highest silking ratio per day showed an order of XY335 (16.51%) < ZD958 (17.07%) < JK968 (19.98%). Significant differences of silking duration were found between different sowing date treatments. The silking durations of ZD958, XY335, and JK968 in different sowing date treatment ranged from 8.10 d to 9.55 d (CV = 6.57%), from 7.54 d to 10.53 d (CV = 9.40%), from 6.55 d to 8.66 d (CV = 11.68%), respectively. Silking duration significantly and positively correlated the coefficient of variation of ear length, and negatively correlated with yield and kernel number per ear. No significant correlation was found between silking duration and 1000-kernel weight. Sowing date has significant effects on silking duration. With increasing silking duration , the coefficient of variation of ear length is increased significantly, the uniformity of ear length and kernel number per ear are decreased, resulting in maize yield decrease significantly.

maize; hybrid; silking duration; sowing date; yield

2018-04-18;

2018-10-08;

2018-11-05.

10.3724/SP.J.1006.2019.83034

趙久然, E-mail: maizezhao@126.com, Tel: 010-51503936; 王榮煥, E-mail: ronghuanwang@126.com, Tel: 010-51503703

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

劉月娥, E-mail: lye0520@163.com; 呂天放, E-mail: 314565358@qq.com

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300106, 2017YFD0101104)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31601247), 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)(CARS-02-11), 北京市農(nóng)林科學(xué)院青年科研基金項(xiàng)目(QNJJ201728)和北京市農(nóng)林科學(xué)院院級(jí)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(JNKYT201603)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300106, 2017YFD0101104), the National Natural Science Foundation of China (31601247), the China Agriculture Research System (CARS-02-11), the Youth Research Fund of the Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences (QNJJ201728), and the Innovative Team Construction Project of BAAFS (JNKYT201603).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20181101.1042.010.html